Was verursacht Oberschwingungen in elektrischen Systemen?

Harmonische in elektrischen Systemen werden durch nichtlineare Lasten verursacht, die nicht-sinusförmige Strom- oder Spannungsformen in Wechselstromsystemen erzeugen. Harmonische sind Sinuswellenkomponenten mit ganzzahligen Vielfachen von Frequenzen, die nicht der Grundfrequenz entsprechen. Die folgenden Punkte sind einige der Hauptursachen für Harmonische in elektrischen Systemen:

Nichtlineare Last

Nichtlineare Lasten sind solche, bei denen der Strom nicht linear mit der Spannung zusammenhängt. Diese Art von Last ist im Stromsystem häufig anzutreffen, und die Hauptquellen sind:

• Gleichrichter: Ein Gerät, das zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom verwendet wird, wie z.B. ein Netzteil, Frequenzumrichter usw.

• Schaltnetzteil: Das in moderner Elektronik häufig verwendete Netzteil, wie z.B. Computer-Netzteile, Handy-Ladegeräte usw.

• Inverter: Ein Gerät, das zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom verwendet wird, wie z.B. in Solar-Photovoltaik-Systemen, Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge usw.

• Frequenzumrichter: Ein Gerät, das zum Steuern der Drehzahl eines Motors verwendet wird, weit verbreitet in der industriellen Automatisierung.

• Schweißgerät: Während des Schweißvorgangs entsteht nichtlinearer Strom.

• Gasentladungslampen: wie Leuchtstofflampen, Hochdruck-Natriumlampen usw., produzieren Harmonische während des Start- und Betriebsvorgangs.

Leistungselektronik-Geräte

Leistungselektronik-Geräte, die in modernen Stromsystemen weit verbreitet sind, sind ebenfalls wichtige Quellen von Harmonischen:

• Frequenzumrichter: Wird verwendet, um die Drehzahl und Drehmoment eines Wechselstrommotors zu steuern, sein Arbeitsprinzip führt zur Erzeugung von Harmonischen.

• USV (Ununterbrochener Stromversorgung): Während des Wechsels auf Batteriebetrieb werden Harmonische erzeugt.

• Umrichter: Ein Gerät, das zum Ändern der Frequenz von Wechselstrom verwendet wird, wie z.B. ein Umrichter in der Windenergieerzeugung.

Motoren und Transformatoren

Selbst in traditionellen Motoren und Transformatoren können aufgrund von Faktoren wie magnetischer Sättigung leichte Harmonische auftreten:

• Motoren: Besonders in der Startphase können Harmonische aufgrund des Einflusses nichtlinearer Magnetisierungskurven erzeugt werden.

• Transformator: Wenn der Transformator im Sättigungsgebiet arbeitet, werden auch Harmonische erzeugt.

Probleme mit dem Netzwerk selbst

• Ungleichmäßige Last: Eine ungleichmäßige Last in einem Dreiphasensystem kann dazu führen, dass der Neutralleiterstrom Harmonische enthält.

• Langstreckenübertragung: Während der Langstreckenübertragung können die Induktivität und Kapazitätseffekte der Leitung zur Verstärkung von Harmonischen führen.

Andere Faktoren

• Alterung von Stromgeräten: Ältere Stromgeräte können aufgrund des Verschleißes interner Komponenten zusätzliche Harmonische erzeugen.

• Konstruktionsfehler: Schlecht konstruierte Stromsysteme können zur Verstärkung oder Erzeugung von Harmonischen führen.

Auswirkungen von Harmonischen

Harmonische können eine Vielzahl von negativen Auswirkungen auf Stromsysteme haben, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Erhöhte Geräteverluste: Harmonische können zu zusätzlichen Verlusten von Motoren, Transformatoren und anderen Geräten führen, was die Lebensdauer verkürzt.

• Reduzierte Systemeffizienz: Harmonische können die Systemeffizienz reduzieren und den Energieverbrauch erhöhen.

• Beeinträchtigung der Messgenauigkeit: Harmonische stören die Messgenauigkeit von Energiemessern und führen zu falscher Berechnung der Stromkosten.

• Störung des Kommunikationssystems: Harmonische stören das Kommunikationssystem und beeinträchtigen die Qualität der Signalübertragung.

• Auslösung von Resonanz: In einigen Fällen können Harmonische mit Induktoren und Kondensatoren im System in Resonanz geraten und ernsthafte Probleme der Stromqualität verursachen.

Maßnahmen zur Unterdrückung von Harmonischen

Um die Auswirkungen von Harmonischen zu reduzieren, werden in der Regel die folgenden Maßnahmen ergriffen:

• Filter: Installieren Sie passive oder aktive Filter, um Harmonische zu absorbieren oder auszugleichen.

• Erhöhung der Induktivität der Last: Durch die Erhöhung der Induktivität der Last können Harmonische unterdrückt werden.

• Verbesserung der Lastcharakteristiken: Verwenden Sie eine Last mit geringem harmonischen Anteil, wie z.B. einen Dreiphasengleichrichter anstelle eines Einphasengleichrichters.

• Dynamische Blindleistungskompensation: Verwenden Sie Geräte wie SVG (Static Var Generator) für die dynamische Blindleistungskompensation.

Zusammenfassung

Harmonische in elektrischen Systemen werden hauptsächlich durch nichtlineare Lasten wie Gleichrichter, Schaltnetzteile, Inverter, Frequenzumrichter usw. verursacht. Harmonische können die Leistung und Zuverlässigkeit des Stromsystems negativ beeinflussen, daher ist es notwendig, geeignete Maßnahmen zur Unterdrückung oder Eliminierung von Harmonischen zu ergreifen.